摘要(yào)：利用專業的(de)流場動力(lì)學計算分(fèn)析軟件,通過(guò)建立(lì)異(yì)徑管電磁流量計 流場的模型(xíng),計算(suàn)分析異徑條件下電磁流(liú)量計流場的動(dòng)力學特性(xìng)。計算(suàn)研究表明(míng):異徑條件(jiàn)下流場的人口流速(sù),電極之間的距(jù)離對(duì)流場中心(xīn)點的(de)速度,進出口壓(yā)力損(sǔn)失都(dōu)具有比(bǐ)較(jiào)大的影響(xiǎng)。通過研(yán)究分析(xī)不同(tóng)參數下流(liú)場特性的變化(huà),證明(míng)異徑電磁(cí)流量計在低流(liú)速下的計(jì)量精(jīng)度和準确(què)性具有--定的優(yōu)勢。研究分析結果對異徑條件下電(diàn)磁流(liú)量計(jì)管道(dào)的優(yōu)化和(hé)改進提供了一(yī)定的(de)理論依據和借鑒經驗。
0引言
　　電(diàn)磁流量計是目(mù)前世界上(shàng)應用(yòng)比較(jiào)廣泛(fàn)的測(cè)量液(yè)體流量計(jì)之一,因其測量(liàng)精度高、穩(wěn)定性好廣(guǎng)泛應(yīng)用于石油(yóu)石化(huà)、化工(gōng)、污水(shuǐ)處理等各(gè)個行業(yè)。目(mù)前國(guó)内生(shēng)産的電磁流量計(jì)管道都(dōu)爲均勻的圓管(guǎn)。由于電(diàn)磁流量(liàng)計特(tè)殊的計量(liàng)原理和(hé)管道形(xíng).狀要(yào)求圓(yuán)管,電(diàn)磁流量計在實際計(jì)量中要求(qiú)必(bì)須滿管(guǎn)流,即(jí)管道(dào)流速爲中心軸對稱分布由此,具(jù)有均勻(yún)磁場和點電極的電磁流量計(jì)的流速和(hé)電磁流量計的輸出(chū)信号(hào)成一(yī)個正比的(de)關系。就目(mù)前電磁流量計(jì)應用的實(shí)際情(qíng)況來(lái)看，在(zài)低流(liú)速下電磁流量(liàng)計的(de)測量(liàng)精度(dù)和穩定性都不(bú)是很高”。國外流(liú)量計量專(zhuān)家keinsdjk把(bǎ)縮頸(jǐng)作爲異徑(jìng)設計的一個方(fāng)向(xiàng),通(tōng)過(guò)設(shè)計不(bú)同的中間(jiān)管(guǎn)道(dào)的形狀來研究(jiū)異徑(jìng)管道對電(diàn)磁流(liú)量(liàng)計(jì)流場的影響[4]。此外，korsunskii等(děng)人也研究了(le)中(zhōng)間管(guǎn)道爲長方(fāng)形時不同(tóng)參數(shù)對電磁(cí)流量計(jì)流場(chǎng)特(tè)性的影(yǐng)響5。我(wǒ)國計量學(xué)院的陳寅佳等人也分析研究(jiū)了不同(tóng)參數條(tiáo)件下異徑電磁(cí)流量計流(liú)場(chǎng)的特性61,因，此如何(hé)在低流(liú)速下提高電(diàn)磁(cí)流量計(jì)的測量精(jīng)度和(hé)穩定(dìng)性一直以(yǐ)來都是(shì)電磁流(liú)量計(jì)改進和優(yōu)化的一個重點。爲了(le)适應電磁(cí)流量計在(zài)低(dī)流(liú)速、低耗能下計(jì)量的要求(qiú)，電磁(cí)流量計研發人(rén)員從管道結構(gòu)、電磁激勵方(fāng)式、電路分布(bù)、電極(jí)形狀(zhuàng)等各個方面都(dōu)進行了研(yán)究和(hé)分析(xī),并取(qǔ)得了(le)--定的進展(zhǎn)。
　　對于異徑管道(dào)的電(diàn)磁(cí)流量計(jì),目前國(guó)内(nèi)研究(jiū)的都比較少。異徑管(guǎn)道下的(de)電(diàn)磁流量計(jì)主要(yào)指通過改變普(pǔ)通的(de)圓管道,在(zài)實際(jì)計量時創(chuàng)造一個特(tè)殊的滿管環境(jìng)來提(tí)高電磁流(liú)量計(jì)在低流速和不(bú)滿管情況下的(de)測量(liàng)精度和穩(wěn)定性。
1電磁(cí)流量(liàng)計工(gōng)作原理，
　　電磁流(liú)量計(jì)是一種利用法拉第(dì)電磁感應定律(lǜ)來檢測液體流(liú)量的(de)一種流量(liàng)計。磁(cí)勵線圈将(jiāng)磁場通過電極(jí)施加給被測導(dǎo)電液體以(yǐ)後,被測導電液體切(qiē)割磁感(gǎn)線(xiàn)産生(shēng)感應(yīng)電動(dòng)勢,通(tōng)過檢測(cè)感(gǎn)應電動勢(shì)并進行相(xiàng)應的(de)信(xìn)号(hào)處理(lǐ)實現對經過流(liú)量計(jì)流量(liàng)的檢(jiǎn)測。
對(duì)于一(yī)般(bān)圓(yuán)形管道的電磁流量計輸出的(de)電壓信(xìn)号(hào)爲:

式(shì)中(zhōng):e爲電磁感應(yīng)電動勢;b爲磁場強度(dù);v爲(wèi)流體流動的平均(jun1)流速(sù);d爲兩(liǎng)個(gè)電(diàn)極之間的(de)距離(如果(guǒ)是均(jun1)勻的圓形(xíng)管道則d爲(wèi)圓形管的(de)直徑)。
假定(dìng)管道的(de)橫(héng)截面積爲a,流量爲q,則(zé)上式(shì)可以(yǐ)寫成(chéng):

　　在建(jiàn)立電(diàn)磁流量計這個(gè)基本方程(chéng)的過程中(zhōng)前人作了如下(xià)的假設
1)流體磁(cí)導率是均(jun1)勻的,流體(tǐ)爲(wèi)非磁性(xìng)流體;
2)流(liú)體(tǐ)的電(diàn)導率均(jun1)勻,并且(qiě)滿足ohm定律(lǜ);
3)充分(fèn)發展(zhǎn)流(liú)對于圓(yuán)管是軸(zhóu)對(duì)稱分布的;
4)流體中的(de)位移(yí)電流小到基本.上可以忽(hū)略;
5)電磁(cí)感(gǎn)應強(qiáng)度b是(shì)均(jun1)勻(yún)分布(bù)的。
　　由(yóu)式(1)和式(2)可(kě)以看(kàn)出感應電(diàn)動勢與(yǔ)流(liú)體在流場中的平均流速(sù)和(hé)磁(cí)極之間的距(jù)離有關(guān)。在實際的(de)使用(yòng)情況中由于有(yǒu)時電磁流量計(jì)的工(gōng)作環境比(bǐ)較複雜(zá),當(dāng)流體流速較(jiào)低時,産(chǎn)生的感應電.動勢比(bǐ)較低，有時候和噪(zào)聲(shēng)難以(yǐ)區分(fèn),由此(cǐ)導緻(zhì)了(le)電磁流(liú)量計(jì)測量(liàng)靈敏(mǐn)度和(hé)準确性的降低(dī)。
2仿真(zhēn)計(jì)算模型的建(jiàn)立(lì)
　　異徑電(diàn)磁流(liú)量計就是(shì)在不改(gǎi)變原有流場(chǎng)分布(bù)的情況下,用适當的(de)縮徑(jìng)來提(tí)高流速,以此提(tí)高電(diàn)磁流(liú)量計的測(cè)量準确性(xìng)和靈(líng)敏度
　　圖1與圖2分(fèn)别爲傳統電磁(cí)流量(liàng)計與(yǔ)分析(xī)的異徑電(diàn)磁流(liú)量計(jì)簡圖(tú)。由式(shì)(1)及電磁(cí)流量計(jì)的工作原理可以自行(háng)推導出圖2所示異徑電(diàn)磁流量計(jì)的公式:
　　首先在(zài)分析圖2所(suǒ)示的異徑電(diàn)磁流量計流(liú)場時(shí)定(dìng)義一個(gè)距離,即(jí):d=d1–h1–h2;帶人式(shì)(1)即可得:

3流場計算分析(xī)
　　在分(fèn)析中以dn80口(kǒu)徑的管道(dào)爲模(mó)型,流場動力學計算(suàn)方式(shì)爲:速(sù)度人口,充分發(fā)展流爲(wèi)出(chū)口,分别讨(tǎo)論計算流(liú)速爲0.1m/s、10m/s時(shí)流，場流(liú)速、壓(yā)力(lì)等參數的變化趨勢以(yǐ)及不(bú)同參數(shù)對(duì)流場(chǎng)特性(xìng)的影(yǐng)響。圖3~圖10的分析(xī)說明在下(xià)面分(fèn)析中體現。

　　從速(sù)度矢量圖(tú)和(hé)壓(yā)力雲圖的分布(bù)上可以(yǐ)看出，在進口處(chù)速度爲(wèi)0.1m/s時中心點(diǎn)的壓(yā)力和速度有明(míng)顯的增大，這也(yě)說明(míng)在低流速下異(yì)徑電磁流(liú)量計具有提高(gāo)測量靈敏度和(hé)準确性的優勢(shì)

　　由表1可以(yǐ)看出,在計算(suàn)時設定(dìng)速度(dù)爲0.1m/s和10m/s時,中(zhōng)心點(diǎn)的速度約爲入口速(sù)度的1.78倍,仍然(rán)在可以(yǐ)測量(liàng)的(de)範圍之内(nèi),其壓力損失(shī)也符(fú)合電(diàn)磁流量計檢定規程(chéng)的要求。由z軸方上速(sù)度(dù)随z軸的(de)位置(zhì)圖(圖6)可以(yǐ)看出,z軸(zhóu)方(fāng)向(xiàng)爲(wèi)流體流動(dòng)方向(xiàng),在這個(gè)方向上(shàng)速度随位(wèi)置的變化随着(zhe)z軸方(fāng)向的延伸(shēn)速度是-一個緩慢增(zēng)加的過(guò)程,到中心點(diǎn)(變徑的位(wèi)置)時速(sù)度達到(dào)最大,而後緩慢(màn)減小,但(dàn)是(shì)進出(chū)口的速度差不(bú)是很(hěn)大。

　　從壓力損(sǔn)失和速度關(guān)系的圖(圖7)可(kě)以(yǐ)看出(chū)入口速度越大(dà)，出口(kǒu)處壓(yā)力損失也越大,但不是(shì)簡單的(de)線性增長關系(xì)。因此在實(shí)際的(de)應用中(zhōng).應該合(hé)理地(dì)選擇異徑電磁流量計和(hé)合适的(de)人口速(sù)度。

4不同參(cān)數對其流(liú)場(chǎng)特性的(de)影響
　　在計算和(hé)研究異(yì)徑電磁(cí)流量計兩電極(jí)之間的距(jù)離和壓力損(sǔn)失以及(jí)中心點速(sù)度的(de)關系時,以流場(chǎng)初始流(liú)速(sù)爲(wèi)0.1m/s的條件下分(fèn)别計(jì)算分析了(le)不同(tóng)距離(lí)下流場中心速度(dù)和壓力(lì)損失的(de)變化。

　　由(yóu)圖8可以(yǐ)看出,在(zài)變徑(jìng)過(guò)小時,以0.1m/s的入口(kǒu)速度時(shí)出口速度達0.31m/s,是(shì)人口速度的3.1倍(bèi),但是(shì)從迹線圖(tú)中也可(kě)以看出(chū)當流(liú)體流過中心位(wèi)置時也産生了嚴(yán)重的回流現象(xiàng),且壓力損失達(dá)101318.05pa。

　　由圖9與(yǔ)圖10可(kě)以看(kàn)出,随(suí)着兩電極距離(lí)的增加中(zhōng)心點(diǎn)速度與進出口(kǒu)壓力(lì)都在(zài)減小，且中(zhōng)心點(diǎn)速.度(dù)随兩(liǎng)電極的距離減(jiǎn)小的趨(qū)勢(shì)要大于進(jìn)出口壓力減(jiǎn)小的趨(qū)勢,進出口(kǒu)壓力随兩(liǎng)電極之間(jiān)距離減小(xiǎo)的趨勢并不(bú)是(shì)一個(gè)簡單的線性關系。

5結(jié)束語
　　通過(guò)專業的流體分析軟(ruǎn)件分析計(jì)算了異徑(jìng)電磁流量計流場的特性,分(fèn)析探讨(tǎo)了(le)不(bú)同(tóng)條件下(xià),不同參數(shù)對其流場動力學特(tè)性的影(yǐng)響,分析計算(suàn)表明異徑電磁流量(liàng)計流(liú)場在(zài)不同的入(rù)口速度,以及不同的(de)電極(jí)之間的距離對其流場的特性(xìng)都有(yǒu)較大的影(yǐng)響，但(dàn)是在低流速下(xià)異徑電磁流量計有(yǒu)利于提高(gāo)計量精(jīng)度和準(zhǔn)确性(xìng)。
　　仿真計算(suàn)結果也說明了異徑電磁流量計在(zài)實際(jì)生産(chǎn)和使用中具有(yǒu)可行(háng)性,在低(dī)流速下(xià)它比常規(guī)電磁(cí)流(liú)量(liàng)計更(gèng)具有優勢,在管道異(yì)徑位置的設置(zhì)和距(jù)離上(shàng)并不一定存在一個最優的結(jié)果,在(zài)實際(jì)設計(jì)和應(yīng)用(yòng)中要根(gēn)據具(jù)體流場的特性和實(shí)際情(qíng)況而定(dìng),以異徑管道的(de)選取不(bú)能改變原有流(liú)場特性爲最基本原(yuán)則。

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